Hvor tidlig jorden holdt sig varm trods svag sol

Jordbillede 121212

NOAAs GOES-15-satellit snappede dette billede af Jorden den 12-12-12. (Billedkredit: NASA/NOAA GOES Project/Dennis Chesters)



Kollisioner mellem molekyler i den tidlige jordatmosfære har muligvis forhindret vores planet i at fryse for flere æger siden, da solen var meget svagere end den er i dag, og holdt verden varm nok til, at livet kunne dukke op, siger forskere.



Denne nyfundne opvarmningseffekt kan påvirke, hvilke fjerne verdener forskere tror, ​​at fremmede liv muligvis kan dvæle ved, tilføjer efterforskere.

Da solen var ung, tyder modeller på, at den kun var 70 procent så lys, som den er i dag. Men i løbet af de første 2 milliarder år af Jordens historie tyder geologiske beviser på jorden var stadig varm nok til, at gletsjere ikke dækkede hele dens overflade, så det tidlige liv kunne dukke op.



Forskere, herunder Carl Sagan, har foreslået en række mulige løsninger på dette såkaldte 'svage unge solparadoks'. Måske hjalp en kompleks brygning af globale opvarmningsgasser med at holde planeten varm. Måske var solen lysere end tidligere antaget. Eller måske absorberede den tidlige jord mere sollys end tidligere foreslået.

Imidlertid har mange af disse effekter 'senere vist sig at have vigtige svagheder', siger studieforfatter Robin Wordsworth, planetforsker ved University of Chicago.

I deres nye undersøgelse foreslår Wordsworth og hans kollega Raymond Pierrehumbert, at kollisioner mellem brint- og nitrogenmolekyler i den tidlige jordatmosfære kunne have hjulpet dem med at fange indkommende solstråling og varme planeten. [ Jordens atmosfære fra top til bund (infografisk) ]



Jordens livsbeskyttende atmosfære

Molekyler kan absorbere infrarødt lys - den slags der oftest afgives som varme - ved at vakle som reaktion på lyset. Drivhusgasser som kuldioxid kan absorbere infrarøde fotoner og opvarme planeten, men nitrogen og brintgas gør det generelt ikke.

'Men hvis atmosfæren er tæt nok, vil hydrogen og nitrogenmolekyler lejlighedsvis klæbe, når de kolliderer med hinanden og danne nye hydrogen-nitrogen' dimere 'molekyler,' sagde Wordsworth. 'Disse dimerer har mange forskellige måder at vingle på, hvilket gør det muligt for dem at absorbere infrarøde fotoner meget effektivt og dermed holde en planets overflade varm.'



Tidligere forskning havde antydet, at den tidlige jord ikke var rig på brint.

'Hydrogen er sådan en sjælden gas i Jordens atmosfære i dag virker det ved første øjekast vildt, at det nogensinde kunne have spillet en rolle i opvarmning af klimaet, 'sagde Wordsworth.

Nylige beregninger viser imidlertid, at den tidlige jordas atmosfære faktisk kunne have været op til omkring 30 procent hydrogengas. Wordsworth og Pierrehumbert fandt ud af, at hvis Jordens tidlige atmosfære var 10 procent hydrogengas, kunne den tænkes at have øget overfladetemperaturerne med så meget som 18 til 27 grader Fahrenheit (10 til 15 grader Celsius).

Opvarmning af brint-nitrogen er især interessant, fordi det har store konsekvenser for udviklingen af ​​biosfære, verdens globale livssamfund, sagde Wordsworth. Tidligere antog forskere generelt, at metanproducerende, brintædende mikrober må have været rigelige over hele den tidlige jord, fordi de troede, at atmosfærisk metan var nødvendig for at varme planeten.

'Denne idé har problemer, fordi metan under tidlige jordforhold faktisk er en temmelig ineffektiv drivhusgas,' sagde Wordsworth. 'Vores arbejde viser, at Jorden kunne have været varm, selvom den tidlige biosfære ikke udgød store mængder metan.'

Faktisk kan disse mikrober i stedet for at opvarme klimaet ved at generere metan som tidligere antaget, faktisk have afkølet klimaet ved at forbruge brint.

'Afkoblingen af ​​koblingen mellem klima og biologi på den tidlige jord i lyset af vores resultater vil være et spændende emne for fremtidig forskning,' sagde Wordsworth.

Atmosfærer af fremmede jordarter

Denne opvarmningseffekt 'kan være meget vigtig for vores forståelse af klimaet på andre planeter,' tilføjede Wordsworth. 'Især kan det føre til en udvidet definition af den beboelige zone for større planeter-de såkaldte' super-jordarter '-der er langt fra deres værtsstjerner.'

Stjernens beboelige zone er defineret som det område, hvor en planets overflade er varm nok til at opretholde flydende vand. Da liv findes stort set overalt, hvor der er flydende vand på jorden, kan denne opvarmningseffekt derfor påvirke søgen efter tegn på liv eller biosignaturer på fremmede verdener, sagde Wordsworth. Superjorderne forventes at have atmosfærer, der er sammenligneligt rige på brint og nitrogen, tilføjede han.

'Vi håber, at vores resultater vil tilskynde forskere til at udvikle en udvidet definition af den beboelige zone for planeter omkring andre stjerner og til at tænke hårdere over, hvordan biosignaturer kan stammer fra planeter med brintrige atmosfærer,' sagde Wordsworth.

'Der har været masser af tidligere arbejde med det svage unge solparadoks, og vi er sikre på, at vores undersøgelse ikke vil være det sidste ord om sagen,' tilføjede Wordsworth. 'Det er naturligvis ganske muligt, at den tidlige jord blev holdt varm af en kombination af effekter.'

Wordsworth og Pierrehumbert detaljerede deres fund i 4. januar -udgaven af ​​tidsskriftet Science.

Følg demokratija.eu på Twitter @Spacedotcom . Vi er også igang Facebook & Google+ .